中国激光, 2018, 45 (9): 0911004, 网络出版: 2018-09-08   

石英增强光声传感技术研究进展 下载: 1650次特邀综述

Recent Progress in Quartz-Enhanced Photoacoustic Spectroscopy
作者单位
1 山西大学量子光学与光量子器件国家重点实验室, 激光光谱研究所, 山西 太原 030006
2 山西大学极端光学协同创新中心, 山西 太原 030006
图 & 表

图 1. 商用标准32 kHz音叉式石英晶振

Fig. 1. Commercially available standard quartz tuning forks with a resonant frequency of 32 kHz

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图 2. 石英增强光声光谱测声器的(a)共轴和(b)离轴配置[17]

Fig. 2. QEPAS spectrophones with (a) on-beam and (b) off-beam configurations[17]

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图 3. 中红外石英增强光声探测模块。(a) CAD模型;(b)实物

Fig. 3. Quartz enhanced photoacoustic detection module for mid-infrared region. (a) CAD model; (b) prototype

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图 4. 典型的石英增强光声光谱传感系统

Fig. 4. Typical quartz-enhanced photoacoustic spectroscopic sensor system

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图 5. 调制相消法原理及实验配置[45]

Fig. 5. Principle of modulation cancellation method and experimental setup[45]

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图 6. (a)拍频石英增强光声光谱技术原理;(b)扫描信号、压电信号以及拍频信号的波形图[49]

Fig. 6. (a) BF-QEPAS principle; (b) waveforms of scanning, piezoelectric and beat frequency signals[49]

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图 7. 双音叉光谱测声器[13]

Fig. 7. QEPAS spectrophone based on two QTFs[13]

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图 8. (a)第一种装配声音共振腔的双音叉配置; (b)第二种装配声音共振腔的双音叉配置[13]

Fig. 8. (a) Configuration #1 of QEPAS spectrophone based on two QTFs; (b) configuration #2 of QEPAS spectrophone based on two QTFs[13]

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图 9. 双声音共振腔光谱测声器[25]

Fig. 9. Schematic of double acoustic micro-resonator spectrophone[25]

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图 10. 内腔石英增强光声光谱光路配置[53]

Fig. 10. Schematic of the I-QEPAS optical path configuration[53]

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图 11. 光纤倏逝波石英增强光声光谱配置[56]

Fig. 11. Schematic of the evanescent wave QEPAS configuration[56]

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图 12. (a)音叉振臂的长度(Lp)、宽度(W)、厚度(T)定义;(b)标准音叉和六种定制音叉的大小对比[59]

Fig. 12. (a) Definition of length (Lp), width (W), and thickness (T) of tuning fork arm; (b) size comparison of the standard and the 6 customized quartz tuning forks[59]

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图 13. (a)大间隙声音共振腔内部声压分布;(b)小间隙声音共振腔内部声压分布[61]

Fig. 13. Pressure distributions in acoustic resonator with (a) a large and (b) a small gaps in the middle[61]

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图 14. 单管共轴石英增强光声光谱测声器[62]

Fig. 14. Schematic of single-tube on-beam QEPAS spectrophone[62]

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图 15. 基于泛频振动模式的单管共轴石英增强光声光谱测声器[64]

Fig. 15. Single-tube on-beam QEPAS spectrophone operating in overtone resonant mode[64]

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表 1标准音叉和六种定制音叉的参数

Table1. Parameters of standard and 6 customized tuning forks

ParameterQTF standardQTF#1QTF#2QTF#3QTF#4QTF#5QTF#6
Lp /mm3.03.510.010.011.017.016.8
W /mm0.340.250.250.500.250.250.8
T /mm0.350.20.91.00.51.01.4
Prong space /mm0.30.40.80.50.60.71.0
f0(vac) /Hz32743.6113746.597577.818419.793479.252913.424176.48
f0(exp) /Hz32762.8414049.207230.278439.513456.692869.074250.01
Q088719108623656447020232823480050130
Qatm1369039808400131503880521017850
R /kΩ94.61913.3301.7455.6990.2810.1194.1

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董磊, 武红鹏, 郑华丹, 尹旭坤, 马维光, 张雷, 尹王保, 肖连团, 贾锁堂. 石英增强光声传感技术研究进展[J]. 中国激光, 2018, 45(9): 0911004. Dong Lei, Wu Hongpeng, Zheng Huadan, Yin Xukun, Ma Weiguang, Zhang Lei, Yin Wangbao, Xiao Liantuan, Jia Suotang. Recent Progress in Quartz-Enhanced Photoacoustic Spectroscopy[J]. Chinese Journal of Lasers, 2018, 45(9): 0911004.

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